循環水泵的節能技術與應用
作者： 2015年09月07日 來源：互聯網 瀏覽量：
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目前我國的水泵運行效率總體偏低，水泵的給定效率多數比發達國家產品低5-10%，實際使用效率比發達國家低10-30%，能耗浪費嚴重，運行效率有較大的提升空間。但提高水泵的能源利用效率仍然面臨嚴重挑戰。
隨著中國加入WTO，以及對PM2.5指數的發布，節能環保逐漸成為一個企業的重要議題，在生活中，作為社會的每一個人，無時無刻不在感受著能源技術的發展給生活的每個層面所帶來的變化，但是能源的不斷消耗，如何以更低的能源消耗，來支持經濟的發展成為了一個能源管理的重要任務。
根據通用機械工業協會統計，水泵耗電量占我國發電量的20%左右，水泵已經廣泛應用于社會發展的各個領域，成為能耗大戶之一。水泵作為工業流體輸送的核心設備，占據著耗能的主要部分，已經成為節能工作首先需要解決的問題。因此，水泵行業的節能勢在必行，水泵運行效率的提升對于節能減排有著重大影響。
目前我國的水泵運行效率總體偏低，水泵的給定效率多數比發達國家產品低5-10%，實際使用效率比發達國家低10-30%，能耗浪費嚴重，運行效率有較大的提升空間。但提高水泵的能源利用效率仍然面臨嚴重挑戰。
1）對水泵的節能問題認識不足，影響水泵的節能效果。一是水泵的制造單位注重追求企業的經濟效益，對節能工作積極性不高，并擁有較大的市場。二是水泵使用單位不關心水泵的節能技術指標，只是關心產品能否滿足使用要求，價格是否低廉。為了保險起見，使用單位往往選用流量和揚程余量過大的水泵，大馬拉小車，致使水泵不能在高效區運轉，實際運行效率遠遠低于水泵的最高效率。三是傳統的節能概念主要是提高水泵的效率指標，實際上水泵的節能內容還包括水泵性能的持久性，延長水泵的大修期、維修比和壽命，水泵的節材，提高水泵的系統效率，減少水泵對環境的污染等。
2）目前國內水泵設計單位采用的水泵設計方法主要是過去傳統的速度系數法和模型換算法，這些方法建立在已有設備設計的經驗基礎上，在效率方面超過已有水平的可能性不大。
3）科研開發投入不足，科研與生產缺乏有機的結合，相當一部分水泵制造廠缺乏科研手段，而研究手段和人才齊備的科研單位和高校的科研成果又缺乏產品化的渠道。
4）生產工藝落后，型線誤差大，過流表面粗糙。目前我國水泵大多采用木模整體鑄造。由于中、高比轉速離心泵葉片扭曲，造型起模困難，造型誤差較大。
5）水泵的使用條件比較復雜，需要水泵具備各種性能，例如水泵的水力性能技術指標、水泵的材料、密封性能、可靠性、總體結構以及耐高溫性能等。有些性能又是不便于試驗室檢測的，即使能夠檢測，費用也特別昂貴，而這些性能又與水泵系統節能有著重要聯系，這種復雜性嚴重影響節能工作的進一步發展。
6）現階段我國對節能泵產品的生產還沒有太多的優惠政策，高效節能泵產品價格偏高，缺乏使用市場。
根據全國第三次工業普查公布的統計數字，我國水泵的總裝機容量約為1000萬Kw，在國民經濟中占比很大，節能潛力很大。我國泵的用電量約占全國用電量的20.9%。和國外相比，我國沒有改造的泵類產品的效率平均比國外低3-5%，而整個系統的效率同比低20%左右，所以存在非常大的節能潛力。國內大量研究和成功的案例表明，應用系統方法，在對系統進行全面測試分析的基礎上，應用最合適的手段對泵系統進行優化，可以達到30-50%的節能效果。由此可見，我國的泵系統節能市場空間巨大，有很大的開發潛力。
目前，國內主要的水泵節能主要有以下幾種節能技術：切割葉輪、變頻技術、三元流技術和專用節能泵，下面我們來分析一下這幾種節能技術的特點。
①、切割葉輪節能
眾所周知，在離心式水泵的構造中，決定水量大小和揚程高低的一個重要部件就是葉輪。其工作原理是高速旋轉的葉輪帶動其內部的液體旋轉，從而產生離心力。我們在初中物理課上就學過，決定離心力大小的一個重要因素是旋轉半徑，從這我們就可以看出，一旦一個離心泵的葉輪被切割，也就是將葉輪的直徑變小，那么該葉輪的內部的液體的離心力肯定會變小，其后果只能是造成水泵的流量、揚程等參數下降，可能對安全生產造成隱患。
②、變頻節能技術
變頻的主要工作原理是依靠變頻改變水泵驅動電機的頻率，降低電機的轉速來實現節能的效果，其主要應用的范圍是：①該電機的負荷隨生產工況的需要呈現周期性的變化，在這種工況下，當生產負荷降低時，該電機的負荷也隨之降低，運用變頻技術就可以使該電機在此時的轉速降低，從而達到節能的效果，但若是在運行工況比較平穩的系統中，變頻技術的節能率會明顯下降。②適應于某些循環水系統因設計參數富余量較大的水泵，即所謂的“大馬拉小車”時，才有一定的效果，在這種工況下，依靠變頻改變泵電機的頻率，降低泵的轉速，調整水泵Q、H值工況點，使水泵的實際流量值低于水泵的額定流量值，以此來達到節能的目的。
離心泵是以水力特性最佳條件下的比轉速作為相似準則進行設計的，每一種泵的流道水力模型的幾何尺寸必須與它的設計參數Q（流量）、H（揚程）、r/min（轉速）一一對應才能產生水泵的最終效率。因此，泵葉輪水力模型及幾何尺寸不可能隨轉速改變而相應改變，所以變頻調速使泵的額定轉速降低，隨之泵的輸出流量減小，泵的揚程降低，泵實際效率降低，并遠低于該泵原效率值。
當工業循環水系統選用的循環水泵的性能參數Q、H值富余量不大時，如果采用變頻調速將泵的實際參數Q、H值變小，可能會造成水泵流量減小值過大，系統冷卻水量不足，造成冷卻水系統水溫升高。
③三元流技術
三元流技術就是把葉輪內部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內流動的數學模型。
通過這一方法，對葉輪流道分析可以做得最準確，反映流體的流場、壓力分布也最接近實際。葉輪出口為射流和尾跡（漩渦）的流動特征，在設計計算中得以體現。因此，設計的葉輪也就能更好地滿足工況要求，效率顯著提高。但是，如果單純的將普通水泵的葉輪更換為三元流葉輪，其節能效果可能不能達到預期，因為在泵殼及其他部件都已經定型的情況下，單獨的三元流葉輪不能改變整個水泵內部所有的過流部件的水阻力和水損失。
④、節能專用水泵：
節能專用水泵專為各類型循環水系統量身定做，其綜合利用各項技術，將虹吸原理、三元流技術及技術專利完美的結合在一起，并將節能專用水泵從設計、開模、鑄造、加工全過程把關控制，使其設計合理、開模符合設計要求，再應用先進的鑄造工藝，減少鑄造誤差，最終通過精心加工、打磨，使最終的產品與設計理念相吻合，達到最佳狀態。
流體在節能專用水泵內部循環時，可呈現相對規則的流動狀態，減小進口沖擊、出口尾跡脫流等損失，極大的避免了紊流的出現，減少了普通泵單通道水力模型設計中流體的撞擊和脫流，并且避免水在葉片之間形成回流，使水在葉輪間的流動更接近設計狀態，提高了水泵流量，減少了無用功，，降低了能耗，提高了水泵效率。運用這種技術的水泵可以在流量不發生任何改變的情況下使水泵的有效軸功率顯著減小，而且完全滿足工業系統滿負荷運行工況，不會使冷卻水系統的水溫升高，具有高效率，不改變系統的運行參數，對正常的生產工作沒有任何影響。
根據通用機械工業協會統計，水泵耗電量占我國發電量的20%左右，水泵已經廣泛應用于社會發展的各個領域，成為能耗大戶之一。水泵作為工業流體輸送的核心設備，占據著耗能的主要部分，已經成為節能工作首先需要解決的問題。因此，水泵行業的節能勢在必行，水泵運行效率的提升對于節能減排有著重大影響。
目前我國的水泵運行效率總體偏低，水泵的給定效率多數比發達國家產品低5-10%，實際使用效率比發達國家低10-30%，能耗浪費嚴重，運行效率有較大的提升空間。但提高水泵的能源利用效率仍然面臨嚴重挑戰。
1）對水泵的節能問題認識不足，影響水泵的節能效果。一是水泵的制造單位注重追求企業的經濟效益，對節能工作積極性不高，并擁有較大的市場。二是水泵使用單位不關心水泵的節能技術指標，只是關心產品能否滿足使用要求，價格是否低廉。為了保險起見，使用單位往往選用流量和揚程余量過大的水泵，大馬拉小車，致使水泵不能在高效區運轉，實際運行效率遠遠低于水泵的最高效率。三是傳統的節能概念主要是提高水泵的效率指標，實際上水泵的節能內容還包括水泵性能的持久性，延長水泵的大修期、維修比和壽命，水泵的節材，提高水泵的系統效率，減少水泵對環境的污染等。
2）目前國內水泵設計單位采用的水泵設計方法主要是過去傳統的速度系數法和模型換算法，這些方法建立在已有設備設計的經驗基礎上，在效率方面超過已有水平的可能性不大。
3）科研開發投入不足，科研與生產缺乏有機的結合，相當一部分水泵制造廠缺乏科研手段，而研究手段和人才齊備的科研單位和高校的科研成果又缺乏產品化的渠道。
4）生產工藝落后，型線誤差大，過流表面粗糙。目前我國水泵大多采用木模整體鑄造。由于中、高比轉速離心泵葉片扭曲，造型起模困難，造型誤差較大。
5）水泵的使用條件比較復雜，需要水泵具備各種性能，例如水泵的水力性能技術指標、水泵的材料、密封性能、可靠性、總體結構以及耐高溫性能等。有些性能又是不便于試驗室檢測的，即使能夠檢測，費用也特別昂貴，而這些性能又與水泵系統節能有著重要聯系，這種復雜性嚴重影響節能工作的進一步發展。
6）現階段我國對節能泵產品的生產還沒有太多的優惠政策，高效節能泵產品價格偏高，缺乏使用市場。
根據全國第三次工業普查公布的統計數字，我國水泵的總裝機容量約為1000萬Kw，在國民經濟中占比很大，節能潛力很大。我國泵的用電量約占全國用電量的20.9%。和國外相比，我國沒有改造的泵類產品的效率平均比國外低3-5%，而整個系統的效率同比低20%左右，所以存在非常大的節能潛力。國內大量研究和成功的案例表明，應用系統方法，在對系統進行全面測試分析的基礎上，應用最合適的手段對泵系統進行優化，可以達到30-50%的節能效果。由此可見，我國的泵系統節能市場空間巨大，有很大的開發潛力。
目前，國內主要的水泵節能主要有以下幾種節能技術：切割葉輪、變頻技術、三元流技術和專用節能泵，下面我們來分析一下這幾種節能技術的特點。
①、切割葉輪節能
眾所周知，在離心式水泵的構造中，決定水量大小和揚程高低的一個重要部件就是葉輪。其工作原理是高速旋轉的葉輪帶動其內部的液體旋轉，從而產生離心力。我們在初中物理課上就學過，決定離心力大小的一個重要因素是旋轉半徑，從這我們就可以看出，一旦一個離心泵的葉輪被切割，也就是將葉輪的直徑變小，那么該葉輪的內部的液體的離心力肯定會變小，其后果只能是造成水泵的流量、揚程等參數下降，可能對安全生產造成隱患。
②、變頻節能技術
變頻的主要工作原理是依靠變頻改變水泵驅動電機的頻率，降低電機的轉速來實現節能的效果，其主要應用的范圍是：①該電機的負荷隨生產工況的需要呈現周期性的變化，在這種工況下，當生產負荷降低時，該電機的負荷也隨之降低，運用變頻技術就可以使該電機在此時的轉速降低，從而達到節能的效果，但若是在運行工況比較平穩的系統中，變頻技術的節能率會明顯下降。②適應于某些循環水系統因設計參數富余量較大的水泵，即所謂的“大馬拉小車”時，才有一定的效果，在這種工況下，依靠變頻改變泵電機的頻率，降低泵的轉速，調整水泵Q、H值工況點，使水泵的實際流量值低于水泵的額定流量值，以此來達到節能的目的。
離心泵是以水力特性最佳條件下的比轉速作為相似準則進行設計的，每一種泵的流道水力模型的幾何尺寸必須與它的設計參數Q（流量）、H（揚程）、r/min（轉速）一一對應才能產生水泵的最終效率。因此，泵葉輪水力模型及幾何尺寸不可能隨轉速改變而相應改變，所以變頻調速使泵的額定轉速降低，隨之泵的輸出流量減小，泵的揚程降低，泵實際效率降低，并遠低于該泵原效率值。
當工業循環水系統選用的循環水泵的性能參數Q、H值富余量不大時，如果采用變頻調速將泵的實際參數Q、H值變小，可能會造成水泵流量減小值過大，系統冷卻水量不足，造成冷卻水系統水溫升高。
③三元流技術
三元流技術就是把葉輪內部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內流動的數學模型。
通過這一方法，對葉輪流道分析可以做得最準確，反映流體的流場、壓力分布也最接近實際。葉輪出口為射流和尾跡（漩渦）的流動特征，在設計計算中得以體現。因此，設計的葉輪也就能更好地滿足工況要求，效率顯著提高。但是，如果單純的將普通水泵的葉輪更換為三元流葉輪，其節能效果可能不能達到預期，因為在泵殼及其他部件都已經定型的情況下，單獨的三元流葉輪不能改變整個水泵內部所有的過流部件的水阻力和水損失。
④、節能專用水泵：
節能專用水泵專為各類型循環水系統量身定做，其綜合利用各項技術，將虹吸原理、三元流技術及技術專利完美的結合在一起，并將節能專用水泵從設計、開模、鑄造、加工全過程把關控制，使其設計合理、開模符合設計要求，再應用先進的鑄造工藝，減少鑄造誤差，最終通過精心加工、打磨，使最終的產品與設計理念相吻合，達到最佳狀態。
流體在節能專用水泵內部循環時，可呈現相對規則的流動狀態，減小進口沖擊、出口尾跡脫流等損失，極大的避免了紊流的出現，減少了普通泵單通道水力模型設計中流體的撞擊和脫流，并且避免水在葉片之間形成回流，使水在葉輪間的流動更接近設計狀態，提高了水泵流量，減少了無用功，，降低了能耗，提高了水泵效率。運用這種技術的水泵可以在流量不發生任何改變的情況下使水泵的有效軸功率顯著減小，而且完全滿足工業系統滿負荷運行工況，不會使冷卻水系統的水溫升高，具有高效率，不改變系統的運行參數，對正常的生產工作沒有任何影響。
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標簽：循環水泵
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